摘要: 2022年8月9日傍晚至10日凌晨青海省东部出现了一次强降水天气。此次强降水天气出现在副高控制的背景下，各家数值预报模式对此次的强降水过程预报效果较差。本文利用多种常规和非常规观测资料，对此次青海副高内部的极端降水过程中进行分析，希望发现一些预报指标，以提升预报准确率。结果表明：(1) 此例暴雨属于500 hPa无明显影响系统，底层无急流背景下的副高控制型暴雨。在青海东部“喇叭口”“迎风坡”地形影响下，配合偏东风暖湿气流加强和局地地形、冷池出流边界共同作用而诱发产生的强降水，降水时间短，降水强度大，局地性强。(2) 降水开始到强盛的期间，始终有边界层地形作用产生的水平辐合、抬升运动加剧了降水强度。(3) 短时强降水的大值中心与地形分布有高度的一致性，出现在河谷绝对湿度大并且有暖中心配合的地区。
Abstract: From the evening of August 9 to the early morning of August 10, 2022, a severe precipitation event occurred in eastern Qinghai Province. This heavy rainfall developed under the background of the western Pacific subtropical high (WPSH) control. Numerical weather prediction models from various centers performed poorly in forecasting this event. Utilizing multiple conventional and unconventional observation datasets, this study analyzes the mechanisms of this extreme precipitation event within the WPSH over Qinghai, aiming to identify potential forecasting indicators to improve prediction accuracy. The results indicate that: (1) This torrential rain event occurred without a pronounced 500-hPa synoptic system or low-level jet stream, characteristic of WPSH-controlled heavy rainfall. It was triggered by the combined effects of enhanced easterly warm-moist airflow, localized topography (specifically the “horn-shaped” valley and windward slope effects in eastern Qinghai), and the outflow boundary of a cold pool. The event featured short duration, high intensity, and strong locality. (2) From the onset to the peak of precipitation, persistent boundary-layer convergence and forced lifting induced by terrain significantly enhanced the rainfall intensity. (3) The maxima of short-term heavy precipitation were highly consistent with the terrain distribution, occurring in valleys characterized by high absolute humidity and collocated with warm cores.
1. 引言
副高作为影响青海暴雨的大尺度环流系统之一，青海较强的暴雨发生于副高边缘西北侧。经典气象学上，副高是内部以下沉气流为主的系统，抑制了对流运动的发展，通常以晴朗天气为主[1]。司东等[2]对2005年6月华南暴雨期间西太平洋副高西伸过程的分析，指出副高中心的下沉气流主要是由副高南北两侧雨带中凝结潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉而产生的，副高中心垂直运动的出现有利于副高的加强。但是异常强盛的副高控制下，在遇到一定的触发条件，便会发生较强的对流天气。此类暴雨具有突发性强，空间分布不均匀(局地性强)，降水效率高等特征。曹美兰等[3]对浙江副高内部的强降水分析后，得出副高内部水汽、对流不稳定条件都很强，当有适当的触发机制时，即发生大规模强对流天气；尹红萍等[4]对上海副高内的强对流进行统计分析，发现边界层内的中尺度辐合线是此类天气产生的重要原因之一。现阶段各类数值预报模式对这种暴雨的预报难度较大，因此对于副高内部的暴雨通常会漏报。
2. 降水概况
2022年8月09日13时至10日05时，青海东部地区遭遇一次强对流暴雨天气袭击，强降水中心主要出现在海南州，西宁市，海东市，黄南州北部。强降水时段集中在09日22时至10日03时，青海东部共有13个站点超过40 mm，最大达到62.9 mm，出现在互助西山乡和平村；据逐分钟自动雨量站观测数据显示，累计最大小时雨强55.4 mm/h，出现在化隆雄先，出现时段为10日01时30分至02时30分。此次降水强度大，降水时间集中，主要在夜间(图1)。
3. 环流背景分析
2023年8月份以来极端强盛的副热带高压西伸北上，持续维持在青海上空，并且8月200 hPa南亚高压达到强盛状态，抽吸作用明显，联合500 hPa副热带高压长时间控制，8月上旬期间青海东部温度异常升高，近地面形成受热低压，暖中心达到24℃以上，地面存在风场辐合，导致水汽与能量在青海东部地区聚集，造成高能高湿的环境条件。青海海西盆地及东部河谷地区9日午后气温达30℃以上，海西盆地露点温度在10℃以下，而青海东部地区普遍在15℃以上。青海东部地区底层温度高，湿度条件好，大气不稳定能量大。
Figure 1. Minute-by-minute rainfall map from automatic weather stations from 22:00 (Aug 9) to 03:00 (Aug 10), 2022
图1. 2022年8月09日22时至10日03时自动站逐分钟雨量图
4. 大气稳定度分析
暴雨是各种尺度天气系统共同作用的产物。中尺度天气系统是产生暴雨的直接影响系统，通常是在高温、高湿、层结不稳定等有利环境条件下形成的。
Figure 2. Sounding diagram of Xining Station at 20:00, August 9, 2022
图2. 西宁站2022年08月09日20时探空图
从西宁站2022年08月09日20:00的探空图(图2)可以看出，西宁站的整层能量条件较好，对流有效位能为1494 J/kg、沙氏指数为0.01、最大上升速度为54.7 m/s并较周围大；400 hPa以下湿度较好，地面比湿为15 g/kg、700 hPa比湿为13 g/kg、500 hPa为7 g/kg；600 hPa以下主要为偏东风，处于东西“喇叭口”地形下，持续为青海东部地区输送水汽，使得底层增暖增湿，高底层不稳定层结随之增强。
5. 水汽条件
Figure 3. Moisture flux divergence (shaded, unit: 10–5 g·cm–2·hPa–1·s–1) and moisture flux (vectors, unit: g·cm–1·hPa–1·s–1) at 700 hPa during August 2022: (a) 08:00 Aug 9 (b) 20:00 Aug 9 (c) 22:00 Aug 9 (d) 00:00 Aug 10 (e) 02:00 Aug 10 (f) 04:00 Aug 10
图3. 700 hPa 2022年08月(a) 09日08时、(b) 09日20时、(c) 09日22时、(d) 10日00时、(e) 10日02时、(f) 10日04时水汽通量散度(填色，单位：g·cm–2·hPa–1·s–1·10–5)和水汽通量(矢量，单位：g·cm–1·hPa–1·s–1)
发生暴雨必须要有水汽在输送并在降水区汇合。700 hPa上此次暴雨区比湿均达到12 g/kg (图略)，达到了青海暴雨阈值。暴雨过程中700 hPa比湿截止20时大值中心主要分布在青海湖南部与东部的河谷地区，此次几个暴雨点均分布在上述比湿大值地区；水汽主要集中在底层，09日20时600 hPa上(图略)青海东部地区有偏东气流的水汽输送，但是比湿较小，随着04时偏东气流逐渐转为一致的偏南气流，降水也趋于减弱结束。分析此次降水过程中表征水汽特征的水汽通量及散度变化，可以发现，此次降水主要以700 hPa (图3)水汽输送为主，主要水汽源地为南海，因为青海东部受高海拔加之喇叭口地形影响，偏东气流输送的水汽主要集中在99E˚以东的高原迎风坡，也是此次主要暴雨集中区。对比09日08时(图3(a))来看09日20时(图3(b))南海台风木兰加强并北上，甘肃东部形成一条偏北水汽通道，偏西向的水汽从河湟谷地倒灌进入青海地区，在强降水过程中稳定维持，而青海东部地区从08时的水汽通量幅散至20时东部形成了大范围的水汽幅合区，并在青海湖偏南部形成水汽辐合中心，并且在此后降水时段内水汽输送偏西向加强，使得从河湟谷地进入青海的水汽增多；22 h (图3(c))开始青海东部地区的水汽来源有，偏东气流携带的水汽倒灌，共和与兴海地区成为水汽辐合大值中心与23时出现暴雨相对应；截至10日02时(图3(e))青海东部地区的水汽通量散度，除黄河沿岸为弱辐合区，其余地区转为大范围辐散；截至10日04时(图3(f))甘肃上空偏西的水汽输送减弱，从而青海东部地区的降水也趋于结束。
整个暴雨过程中可以发现，暴雨前期一小时内的比湿大值中心、温度露点差低值中心、露点大值中心、水汽输送辐合中心正好和强降水点有高度的重合性，并且水汽输送主要集中在近地层700 hPa以下。弱天气尺度强迫背景下，由于多尺度地形辐合作用对水汽输送的阻挡、在青海东部地区聚集、高原地形辐合抬升和青海湖水汽输送的影响下，为此次暴雨过程的发生发展提供了有力的动力和水汽条件，并且底层偏东气流输送水汽且在高原东部堆积加大了大气层结不稳定。
6. 地形作用
地形对于降水具有热力和动力作用。午后由于太阳辐射山脉温度升温较快加之由于地形导致的局地受热不均，从而触发热对流，并且雷暴单体前方冷池的出流边界抬升暖湿气流持续激发新生对流。午后，受地形影响，山坡温度高于谷地，因此白天的对流主要在山坡首先触发，随后沿着山脉移动，而傍晚至夜间由于温度日变化，山谷地区的温度明显高于坡地，对流移入温度较高的河谷地区，沿着河谷激发新生对流(图4)。河谷地区的水汽条件明显好于山地，并且存在温度的暖中心，处于高能高湿环境，热力抬升条件较好。因此夜间对流移入河谷触发的新生对流，降水强度与降水量明显高于白天沿着山脉移动的对流，这也与此次较强的短时强降水的发生地点处于河谷地带较为一致。
Figure 4. Distribution of surface dew point and temperature contours from densified observational data at 22:30, August 9, 2022 (pink contours: temperature; Green contours: dew point)
图4. 2022年08月09日22时30分地面加密资料露点和温度等值线分布图(粉色为等温度线，绿色为等露点线)
城市的热岛效应。夜间西宁的热岛效应加强，X0042/西宁城北二十一中为一暖中心，存在较长时间的风场辐合，配合较高的露点，10日01时04分在此地出现了50.9 mm的短时强降水。
7. 结论
此次降水过程发生在副高控制下的高能高湿环境中，北部的祁连山脉由于地面雷暴前方冷池出流不断激发新生对流，南部由于地形影响午后局地受热不均产生热对流。降水短时强度大，局地性强，主要发生在午后至前半夜。由于此次降水没有明显的天气系统配合，在模式预报中准确性较差。因此通过此次副高控制下的强降水天气过程的分析，尝试寻找此种天气尺度下青海地区强降水的有利条件，为以后的此类的降水天气提供技术参考。
(1) 此次青海东部的强降水天气过程发生在500 hPa高压内部592 dagpm线附近，与高层200 hPa的南亚高压东北部的辐散区以及近地面中尺度辐合线的上升运动配合，形成了强烈的上升运动，造成了此次强降水天气。
(2) 青海东部地区近地面层绝对湿度大，并且强降水期间配合持续的偏东风给青海东部输送水汽，水汽输送主要集中在700 hPa以下，青海东部地区由于喇叭口地形影响，暖湿气流受到辐合抬升，加大高低层层结不稳定度。弱天气尺度强迫背景下，由于多尺度地形辐合作用对水汽输送的阻挡、在青海东部地区聚集、高原地形辐合抬升和青海湖水汽输送的影响下，为此次暴雨过程的发生发展提供了有力的动力和水汽条件。
(3) 此次短时强降水的大值点均出现在露点的大值中心并且有暖中心配合的地区，并且夜间降水强度大于白天。可以看出，强降水主要出现在河谷地区，表明强降水前绝对湿度大值中心与暖中心对此类天气过程中的强降水中心具有一定的指示意义。
通过此次青海东部的强降水天气过程综合分析，可以看出，此次强降水具有一定的短时临近可预报性。地面加密资料对强降水有一定的提前指示意义。具体条件还需多次对比分析此类天气过程，总结短时临近指标，对提前发布预警具有一定的指示意义。